机械原理实验室建设初探

郑耿乐

机械基础是学校机类专业的主干专业基础课，具有实践性强与应用性强。机械基础课程从其结构层面上看，包含内容极为广泛，根据课程标准，学员需掌握三大模块十一个课目，且各个课目之间并无太直接的联系，跨度从常见的标准件到较复杂传动机构，涉及内容繁杂、机构离散；从课程执行层面上看，学员普遍反映该课程涉及的零部件多数没有见过，机构运动特性过于抽象，仅凭教员讲解，难以形成直观感受，导致学员理解困难。授课期间，多名专家听课后也一致认为，语言讲授、仿真演示远不如实物模型或实验演示给学员的直观映像强烈，特别是较为抽象的机构运动部分和机械传动部分。而目前学校没有任何相关实验室，严重影响了教学质量的提升，因此提出建设该实验室。

1 实验室建设目标和必要性

机械基础课程从其结构层面上看，包含内容极为广泛，根据课程标准，学员需掌握三大模块，十一个课目的内容。各个课目之间并无太直接的联系，跨度从常见的标准件常用件如螺纹、键、销、齿轮的认知到较复杂传动机构如四杆机构、凸轮、间隙运动机构等，涉及内容繁杂、机构离散；从课程执行层面上看，学员普遍反映该课程涉及的零部件多数没有见过，机构运动特性过于抽象，仅凭教员讲解，难以形成直观感受，导致学员理解困难。在授课其间，多名专家听课后也一致认为，语言讲授、仿真演示远不如实物模型或教学模具演示给学员的直观映像强烈，特别是较为抽象的机构运动部分和机械传动部分，教具的使用远比动画的模拟更具有说服力和启发性。结合实际教学情况和专家意见，机械教学组进行了讨论和调研，认为矛盾主要集中在以下三个方面： （1）理论教学缺乏示教器材。（2）实践教学缺少操作途径。（3）创新活动缺乏活动设备。

实验室建设目标应该为保障学校机械基础课程教学，培养学员基础技能，树立规范操作、严谨求实创新的科学态度。实验室建设完成后，应能通过实验加深学员对所学知识的理解；能使学员熟练操作相关仪器、设备；使学员具备利用测试设备和仪器进行采集、分析及处理实验数据和实验误差的综合分析能力；培养学员善于观察、分析观察事物和现象的习惯，并使之具备能综合运用所学知识进行任务完成的能力，为将来专业课程学习和工程实践打下基础。经建设之后，可容纳32名学员同时进行实验，实现部分专业基础课教学场地由教室转向实训室，开展一体化教学，建设主要内容包含：实验的基本知识、基础性实验、综合性实验和创新性实验四部分。具体为完成常用件参数测定实验、机械原理认知实验（通过观察机械原理成列柜认知展示的各种常用机构模型，通过趣味自动机械系统展示台激发学员的学习积极性）；机械原理基础实验（包括简单材料力学试验、齿轮范成实验、轴的综合测量实验、行为公差实验等）；综合实验（包括平面机构运动简图测绘实验、回转机构动平衡实验、齿轮参数测定实验、机械传动性能综合实验、等）；机构组合创新设计实验。

2 实验室建设内容

实验室建设包含硬件建设和软件建设，其中硬件建设涵盖场地、仪器等，软件建设主要包括实验课程的建设、实验室的运营管理等等。下面重点探讨一下实验课程的建设。

机械基础实验涵盖工程力学、互换性与测量技术、机械原理、机械设计、机械工程材料等内容。机械基础试验课程的教学目的是（1）加深学员对所学知识的理解；（2）熟练操作仪器、设备，完成实验目的；（3）学会利用测试设备和仪器进行采集、分析及处理实验数据和实验误差的综合分析（4）培养学员善于观察、分析事务和现象的习惯，并能综合思考的良好学风，训练理性思维，在严谨的科学实验中提高科学实验能力；（5）培养学员综合运用所学知识的能力，为将来岗位实践打下坚定基础。

机械基础实验课程的主要内容有一下四个部分：（1）实验的基本理论，包含基本物理量测量技术基础、实验数据的误差分析处理、实验设计方法；（2）机械基础实验，包含认知实验、基本原理实验；（3）机械综合实验，包括换换性与技术测量、机械原理探究、技术设计等内容；（4）机械设计创新实验，包括机构组合创新与机构仿真实验等。

3 实验教学方法的建设

传统的教学教学，都是通过模型、实物等形象化教学手段并通过教师的语言描述来组织教学，注重知识和技能的传授。整个教学过程对于思维能力要求高，操作性不强，连贯性差，知识跳跃幅度大，学员很难在短时间掌握。因此实验部分的教学在方法上需要创新。具体来说可以在以下几个方面来开展。

（1）教学模式是可以采用“翻转课堂”模式。所谓翻转课堂，就是教员创建视频，学员在课外观看视频中教员的讲解，回到课堂上师生面对面交流完成作业的教学形态。具体来说课前采用“微课”，“微视频”等形式下发学习任务，充分调动学员主动学习的积极性。

（2）对同一实验进行“参数化”设计，是不同小组学员之间的使用体现出差异，这样既可以促使学员独立思考。具体来说，以“搭接铰链四杆机构”实验为例，给学员提供的“杆件”数量要多，使每个小组学员都不相同。

（3）运用虚拟现实技术，拓展实验教学的空间。机械原理实验教学必须依托相应实验室才能完成，对于复杂的机械原理试验和机构创新实验在短时间内无法完成实验教学任务。教员可以利用虚拟样机开发相应软件，在学员在网络虚拟实验室中观看机械原理的仿真的视频并通过鼠标操作参与实验过程，从而缩短实际装配教学的时间。

总之依据上述思路，采取上述教学手段及方法破有助于破解了机械原理试验教学的部分难题，提升了整个机械基础课程的教学质量。 在具体教学过程中，绝大多数学员积极主动，对实验内容产生了濃厚兴趣，为了解决实验中遇到的问题，学员会主动学习、寻找解决问题的方法，求知的欲望明显得到加强。由于倡导“内部原理求简，外部特征求细，应用结合求全”，并与机械原理课程的理论知识紧密结合，不但大大增强了学员的动手能力，也使学生对课程知识的综合能力得到了锻炼和提高，为后续专业课程的学习奠定了较好的基础。endprint